釹鐵硼鍍鎳工藝對磁性能影響的研究

傅仕楠 戴 劍 陳 靜

（中鋼天源股份有限公司）

釹鐵硼永磁體材料以其高磁能、高矯頑力的特點，廣泛應用于微波通訊、音像、儀器儀表、電機工程、計算機磁分離、磁療等領域，成為新技術應用的重要物質基礎［1-2］。燒結型釹鐵硼磁體是通過粉末冶金燒結成型的產品，其結構疏松、孔隙率高、表面狀況較差，材料脆性大。釹鐵硼盡管具有優異的磁性能，但卻存在耐腐蝕性能差的缺點［3-6］。釹鐵硼永磁材料為多相結構［7］，材料中的Nd含量高，使得材料的化學性質極為活潑，在潮濕環境中極易發生原電池反應，釹鐵硼晶界處的富釹相極易產生晶間腐蝕［8］，嚴重時產生的大量釹氧化物和氫化物能使材料粉化，磁體磁性能直線下降，限制了它的進一步推廣應用。

為了克服耐腐蝕性能差的缺點，目前采取的辦法主要有2類，一類是加入合金元素提高釹鐵硼自身的耐腐蝕性能，另一類是對磁體進行表面處理。添加合金元素會降低磁體的磁性能，且成本較高，并不能從根本上解決耐腐蝕性。目前，行業內多采用對釹鐵硼磁體進行表面處理達到耐腐蝕的目的，電鍍鎳和電鍍鋅一直是國內外最為廣泛的耐蝕工藝［9-10］。國內外在鍍層防護的研究多限定于研究防護層耐蝕的最終效果［11］，鍍層對釹鐵硼器件磁性能影響的系統探究還較少。針對上述問題，通過調整鍍鎳工藝參數，研究不同鍍層厚度、鍍層外觀對器件磁性能的具體影響。

1 試 驗

1.1 試驗設計

采用尺寸牌號為49 mm×5.5 mm×2.5 mm 42UH的釹鐵硼磁體為試驗對象，在Ni-Cu-Ni 工藝條件下進行電鍍。Ni-Cu-Ni 工藝是指在磁體上先鍍暗鎳為底層，再鍍銅，最后鍍光亮鎳。

該研究主要討論底鎳工藝對磁體磁通的影響。在固定的電鍍電流條件下，采用調整電鍍時間的方式控制底鎳鍍層厚度，進行4 組電鍍時間分別為0.5，1.0，1.5，2.0 h的試驗。

1.2 檢測方法及設備

試驗以探索鍍層厚度與磁通變化之間的關系為目的，輔助電鏡測試結果，確定最佳的鍍底鎳工藝。鍍層厚度采用南通菲希爾測試儀器有限公司XAN310 型測厚儀，磁通測試采用中國計量科學研究院TA-102E 型磁通計，電鏡測試采用日本電子JSMIT100型掃描電子顯微鏡。

（1）鍍厚測試。鍍厚測試分別進行0.5，1.0，1.5，2.0 h 鍍底層鎳試驗，以控制得到不同的鎳層厚度及鎳層的微觀形態，進一步探索鎳層對磁性能的影響。鍍厚試驗數據以鍍件中心點為測試點。

（2）磁通測試。燒結釹鐵硼永磁合金極易被氧化，且在高溫條件下氧化會加劇，對試樣進行時效處理，可更好地反饋鍍層對磁體磁性能的作用。隨機選取20 片不同鍍厚的鍍件先進行初始磁通測試，再進行150 ℃2 h 的時效處理，處理后再次進行磁通測試，對比前后磁損量。

（3）電鏡測試。根據磁損結果，選取不同鍍層厚度的鍍件進行SEM 測試，從微觀角度解析發生磁性能影響的原因。

2 試驗結果與討論

2.1 鍍厚結果

4 個時間段隨機選取6 片進行鍍厚測試，結果見表1。

由表1 可知，隨著時間延長鍍厚不斷增加，且增加幅度逐漸減緩；鍍層在一定電流下，隨時間累積呈現線性增長，當鍍層厚度一定后，陰極電流效率逐漸降低，導致鍍層增長放緩。

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2.2 磁通結果

每個時間段隨機選取20 片鍍件測試磁通后，進行150 ℃老化試驗，再測試磁通，結果見表2。

由表2 可知，隨著時間積累鎳層增厚，磁通的衰減整體呈現上升狀態，這是因為鎳是鐵磁性金屬，屏蔽了磁性輸出，0.5 h 磁通衰減1.77%，1.0 h 磁通衰減2.20%，1.5 h 磁通衰減2.45%，2.0 h 磁通衰減2.61%；衰減在1.0 h 出現增幅拐點，較1.5 h 和2.0 h 積累的磁通衰減有明顯的跳躍，分析原因是鍍底層鎳時首先是鎳與釹鐵硼基體反應，對基體逐漸腐蝕，后期鍍層厚度一定時，腐蝕機理的作用力逐漸減弱；由此可知，隨著電鍍鎳層的增厚，對釹鐵硼磁體的磁性能衰減呈現正相關作用，但隨著鎳層的不斷增加，磁性能衰減的增幅呈現下降趨勢，選擇合理的鍍鎳鍍層厚度，可將磁體磁性能衰減控制在合適的范圍內。

2.3 電鏡結果

根據磁通衰減結果，選取電鍍1，2 h 樣品進行SEM測試，觀察鍍層微觀致密性，結果見圖1。

由圖1 可見，1 h 的鍍層存在多處不均勻小亮斑，為鍍層薄弱之處，未能使得鍍層致密，也是導致磁通衰減較大的原因。

3 結 論

通過試驗得出，底層鍍鎳層的厚度對釹鐵硼產品磁通的衰減有重要影響，隨著鍍層厚度的增加，磁通衰減呈現出總體增大的趨勢，但增幅逐漸減小。當底鎳層過于薄時，對產品基體存在過度腐蝕，致使磁通衰減嚴重；隨著底鎳層厚度增大到合適范圍，磁通衰減逐步減??；繼續增大底鎳層厚度后，因為鎳的鐵磁性屬性屏蔽了磁性輸出，進一步導致磁通繼續衰減。

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［5］ 饒厚，李國華.Nd-Fe-B 永磁材料鍍鎳［J］.材料保護，1996（5）：22-23.

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［7］ 賀琦軍，李衛.釹鐵硼永磁材料防腐蝕研究發展［J］.金屬功能材料，2001，8（5）：8-13．

［8］ MINOWA T.Improvement of the Corrrosion Resistance［J］.IEEF Trans Mageticsn，1989，25（5）:3776.

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